JP2013222421A

JP2013222421A - 表示装置

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Publication number: JP2013222421A
Application number: JP2012095405A
Authority: JP
Inventors: Koji Nagata; 浩司永田; Koji Doi; 宏治土井
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-10-28
Anticipated expiration: 2032-04-19
Also published as: US20150116246A1; JP6004563B2; US20160077661A1; US20170344183A1; US9766748B2; US20190121491A1; US20130278516A1; US9223434B2; US8878768B2; US10198117B2; US9563307B2; US20170097732A1; US10303294B2

Abstract

【課題】タッチパネル内蔵表示装置において、ミューチュアル検出に用いる検出回路を、セルフ検出にも使用可能とする。
【解決手段】表示パネルと、前記表示パネルに内蔵されるタッチパネルとを備える表示装置であって、前記タッチパネルは、前記表示パネルに形成される複数の走査電極と、前記表示パネルに形成され、前記複数の走査電極と交差する複数の検出電極と、前記各走査電極に駆動信号を入力する駆動信号供給手段と、前記各検出電極から検出信号を取得する検出手段と、前記駆動信号供給手段から前記各走査電極に対して順次駆動信号が入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、検出対象物体のタッチ位置を検出するタッチ位置検出手段と、前記駆動信号供給手段から前記全ての走査電極に対して一括して走査電圧を入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、前記検出対象物体が前記タッチパネルに接近したことを検出する接近検出手段とを有する。
【選択図】図８

Description

本発明は、表示装置に係わり、特に、液晶表示パネルにタッチパネル機能を内蔵したタッチパネル内蔵表示装置に適用して有効な技術に関する。

表示画面に使用者の指またはペンなどを用いてタッチ操作（接触押圧操作、以下、単にタッチと称する）して情報を入力する装置（以下、タッチセンサ又はタッチパネルとも称する）を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、現金自動預け払い機（Automated Teller Machine）等に用いられている。このようなタッチパネルとして、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量方式、または光量変化を検出する光センサ方式などが知られている。
静電容量方式のタッチパネルは、縦横二次元マトリクス状に配置した駆動信号印加用の走査電極（Ｙ電極）と、走査電極と直交する信号検出用の検出電極（Ｘ電極）とを設け、入力処理部で各電極の容量を検出する。タッチパネルの表面に指などの導体が接触した場合には、各電極の容量が増加するため、入力処理部でこれを検知し、各電極が検知した容量変化の信号を基に入力座標を計算する。

特開２０１０−２５６９５６号公報

例えば、液晶表示パネルにタッチパネル機能を内蔵したタッチパネル内蔵表示装置では、液晶表示パネルに元々備えられている表示用の共通電極（コモン電極、対向電極ともいう）を、一対のタッチセンサ用電極のうちの一方（駆動電極）として兼用し、他方の電極（センサ用検出電極）は、ガラス基板上に形成される。
このようなタッチパネル内蔵表示装置において、利用者の指（検出対象物体）が接近したことを検知可能であれば、利用者の指が接近したときに、タッチパネル内蔵表示装置の表示画面にメニュー画面を表示する等の新たな使用方法が想定される。
このような使用方法を前提としたとき、タッチパネル内蔵表示装置において、共通電極とセンサ用検出電極との間の静電容量が利用者の指の影響によって変化することを利用し高精度な座標検出を行う方式（以下、ミューチュアル検出という）に用いる検出回路を、センサ用検出電極の対地容量が利用者の指の影響によって変化することを利用し座標情報は無いが測定の検出対象物体の接近の有無を検出する方式（以下、セルフ検出という）にも使用可能とすることが要望される。
本発明は、前述の要望に基づき成されたものであり、本発明の目的は、タッチパネル内蔵表示装置において、ミューチュアル検出に用いる検出回路を、セルフ検出にも使用可能とする技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）表示パネルと、前記表示パネルに内蔵されるタッチパネルとを備える表示装置であって、前記タッチパネルは、前記表示パネルに形成される複数の走査電極と、前記表示パネルに形成され、前記複数の走査電極と交差する複数の検出電極と、前記各走査電極に駆動信号を入力する駆動信号供給手段と、前記各検出電極から検出信号を取得する検出手段と、前記駆動信号供給手段から前記各走査電極に対して順次駆動信号が入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、検出対象物体のタッチ位置を検出するタッチ位置検出手段と、前記駆動信号供給手段から前記全ての走査電極に対して一括して走査電圧を入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、前記検出対象物体が前記タッチパネルに接近したことを検出する接近検出手段とを有する。
（２）（１）において、前記駆動信号供給手段は、前記複数の走査電極の各々に、Ｖｔｘｈの駆動電圧を供給するスイッチング素子Ｓ１と、前記複数の走査電極の各々に、Ｖｔｘｌ（Ｖｔｘｌ＜Ｖｔｘｈ）の駆動電圧を供給するスイッチング素子Ｓ２とを有し、前記検出手段は、他方の端子にＶｒｅｆの基準電圧が入力される積分回路と、前記各検出電極と、前記積分回路の一方の端子との間に接続されるスイッチング素子Ｓ３と、前記各検出電極と、前記積分回路の他方の端子との間に接続されるスイッチング素子Ｓ４とを有し、前記スイッチング素子Ｓ１と前記スイッチング素子Ｓ２とは、前記各走査電極毎に設けられ、前記積分回路と、前記スイッチング素子Ｓ３と、前記スイッチング素子Ｓ４とは、前記各検出電極毎に設けられる。

（３）（２）において、前記検出対象物体のタッチ位置検出期間は、前記各走査電極毎に、リセット期間と検出期間とを有し、前記駆動信号が入力される走査対象の走査電極における前記リセット期間に、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオフ、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオン、前記走査対象以外の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とをオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオンとなし、前記走査対象の走査電極と前記全ての検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電し、前記検出期間に、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記走査対象以外の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とをオフ、前記全ての前記スイッチング素子Ｓ３をオン、前記全ての前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記走査対象の走査電極と前記全ての検出電極との間の容量に流れる電流を、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路で積分し、前記タッチ位置検出手段は、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路の出力電圧に基づき、前記検出対象物体のタッチ位置を検出する。

（４）（２）において、前記検出対象物体の接近検出期間は、リセット期間と、充電期間と、検出期間とを有し、前記リセット期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオフ、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオン、前記全ての検出電極のスイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオンとなし、前記全ての走査電極と前記全ての検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電し、前記充電期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記全ての走査電極と前記各検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ＋Ｖｔｘｈ）の電圧に充電し、前記検出期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオン、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記全ての走査電極と前記各検出電極との間の容量に流れる電流を、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路で積分し、前記近接検出手段は、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路の出力電圧に基づき、前記検出対象物体が接近したことを検出する。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、タッチパネル内蔵表示装置において、ミューチュアル検出に用いる検出回路を、セルフ検出にも使用することが可能となる。

従来のタッチパネル付き表示装置を説明するための図である。図１に示すタッチパネルを説明するための図である。図１に示すタッチパネルの検出手順を説明するための図である。従来のタッチパネル内蔵表示装置を説明するための図である。図３に示すタッチパネルを説明するための図である。図４に示す構造を有するタッチパネル内蔵液晶表示装置の検出原理を説明する図である。タッチパネル内蔵表示装置におけるミューチュアル検出を説明する図である。タッチパネル内蔵表示装置における、本実施例のセルフ検出の制御を説明する図である。タッチパネル内蔵表示装置における、本実施例のセルフ検出の検出状態を説明する図である。本発明の実施例のタッチパネル内蔵液晶表示装置のより具体的な構成を示す斜視図である。図９に示すタッチパネル内蔵液晶表示装置における、対向電極と検出電極を説明する図である。図９に示すタッチパネル内蔵液晶表示装置の表示部の断面の一部を拡大して示す概略断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［従来のタッチパネル概要］
図１は、従来のタッチパネル付き表示装置を説明するための図である。
同図（ａ）は、従来のタッチパネル付き表示装置の概略構成を示すブロック図、同図（ｂ）は、従来のタッチパネル付き表示装置の構造を示す図である。
図１に示すタッチパネル付き表示装置では、図１（ｂ）に示すように、静電容量方式のタッチパネル１０６は、表示パネル（ここでは、液晶表示パネル）１０１上に、接着剤１１０で接着される。後述するように、タッチパネル１０６は、駆動信号印加用のＹ電極（走査電極）と、Ｙ電極と直交する信号検出用のＸ電極（検出電極）を有する。
タッチパネル１０６は、表示パネル１０１の前面に設置される。従って、表示パネル１０１に表示された画像を使用者が見る場合には、表示画像がタッチパネル１０６を透過する必要があるため、タッチパネル１０６は光透過率が高いことが望ましい。

タッチパネル１０６のＸ電極とＹ電極は、配線１０７によってタッチパネル制御部１０８に接続される。
タッチパネル制御部１０８は、Ｙ電極を走査電極として、順次駆動信号を印加し、Ｘ電極を検出電極とすることで、各電極交点における電極間容量を測定し、各電極間の交点の容量値によって変化する容量検出信号から入力座標を演算して求める。
タッチパネル制御部１０８は、Ｉ／Ｆ信号１０９を用いて、入力座標をシステム制御部１０５に転送する。
システム制御部１０５は、タッチ操作によりタッチパネル１０６から入力座標が転送されると、そのタッチ操作に応じた表示画像を生成して、表示制御信号１０４として表示制御回路１０３に転送する。
表示制御回路１０３は、表示制御信号１０４により転送される表示画像に応じて表示信号１０２を生成し、表示パネル１０１に画像を表示する。
なお、表示パネルとしては、タッチパネル１０６を用いることができるものであれば良く、液晶表示パネルに限らず、有機発光ダイオード素子や表面伝導型電子放出素子を用いる表示パネル、あるいは、有機ＥＬ表示パネルなども使用可能である。

図２Ａは、図１に示すタッチパネル１０６を説明するための図である。
同図（ａ）は、図１に示すタッチパネル１０６の電極パターンを示す図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ｂ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図２Ａ（ａ）に示すように、図１に示すタッチパネル１０６は、容量検出用のＸ電極２０１と、Ｙ電極２０２を有する。ここでは、例えば、Ｘ電極２０１を５本、Ｙ電極２０２を６本で図示しているが、電極数はこれに限らない。
図２Ａ（ｂ）において、２０４は、ガラス基板やＰＥＴフィルム等で構成されるタッチパネル基板であり、図１に示すタッチパネル１０６は、タッチパネル基板２０４上に、Ｘ電極２０１、Ｙ電極２０２が形成され、このＸ電極２０１、Ｙ電極２０２上には、保護膜２０３が形成される。また、図２Ａ（ｂ）では、タッチパネル基板２０４の表示パネル側の面にシールド電極２０５が形成される。
図２Ｂは、図１に示すタッチパネル１０６の検出手順を説明するための図であり、タッチパネル１０６への入力がない場合の検出手順を説明するための図である。また、図２Ｂは波形図であり、図２Ｂに示す波形図において横軸は時間、縦軸は振幅を示す。
図２Ｂに示すように、ＴＸ１〜ＴＸ６のＹ電極２０２に対して、１走査期間毎に、順次駆動電圧（駆動パルス）４０１が入力される。これに対して、ＲＸ１〜ＲＸ５のＸ電極２０１で検出される検出信号４０２の波形は、駆動電圧の入力に同期して変化するようになる。図２Ｂでは、タッチパネル１０６への入力がないので、ＲＸ１〜ＲＸ５のＸ電極２０１で検．出される検出信号の振幅に大きな変化は発生しない。
なお、図２ＢのＡに示すように、ＴＸ１〜ＴＸ６のＹ電極２０２に対して、１検出期間毎に順次入力される駆動信号（入力パルス）４０１は、複数のパルス列であり、同様に、図２ＢのＢに示すように、ＲＸ１〜ＲＸ５のＸ電極２０１で検出される検出信号４０２も複数のパルス列である。

図３は、従来のタッチパネル内蔵表示装置を説明するための図である。
同図（ａ）は、従来のタッチパネル内蔵表示装置の概略構成を示すブロック図、同図（ｂ）は、従来のタッチパネル内蔵表示装置の断面構造を示す図である。
図３に示すタッチパネル付き表示装置では、図３（ｂ）に示すように、静電容量方式のタッチパネル３０１は、表示パネル（ここでは、液晶表示パネル）１０１の内部に形成される。それ以外の構成は、図１（ａ）と同じであるので、再度の詳細な説明は省略する。
図４は、図３に示すタッチパネル３０１を説明するための図であり、同図（ａ）は、図３に示すタッチパネル３０１の電極パターンを示す図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ｂ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図４（ａ）に示すように、図３に示すタッチパネル３０１は、容量検出用のＸ電極２０１と、Ｙ電極２０２を有する。ここでは、例えば、Ｘ電極２０１を５本、Ｙ電極２０２を７本で図示しているが、電極数はこれに限らない。
図４（ｂ）において、２１１は第１基板、２１２は第２基板、２１３は下偏光板、２１４は上偏光板、２１５は液晶層、２１６はシール材である。図４（ｂ）に示すように、Ｘ電極２０１とＹ電極２０２は、液晶表示パネルの構造部材の異なる部位に形成されている。なお、第１基板２１１、第２基板２１２は光透過率が高いことが望ましい。
また、一般に、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルにおいて、第１基板２１１の液晶層側の面には、第１基板２１１から液晶層２１５に向かって順に、走査線（ゲート線ともいう）、層間絶縁膜、映像線（ソース線またはドレイン線ともいう）及び薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）並びに画素電極、層間絶縁膜、対向電極（共通電極ともいう）、配向膜が形成されるが、図４（ｂ）では、これらの図示は省略している。
また、第２基板２１２の液晶層側には、第２基板２１２から液晶層２１５に向かって順に、遮光膜、赤・緑・青のカラーフィルタ、平坦化膜、配向膜が形成されるが、図４（ｂ）では、これらの図示は省略している。
図４（ｂ）の構造では、第２基板の液晶層と反対側の面に形成された裏面電極がＸ電極２０１を兼用し、対向電極がＹ電極２０２を兼用する。

図５は、図４に示す構造を有するタッチパネル内蔵液晶表示装置の検出原理を説明する図である。
同図（ａ）は、タッチ操作が行われていない状態を示す図、同図（ｂ）は、指５０２がタッチパネル１０６に近づいた状態を示す図、同図（ｃ）は、検出される信号の変化を示すグラフである。
図５に示すように、Ｘ電極２０１、Ｙ電極２０２のいずれか一方の電極（ここでは、Ｙ電極２０２）に、電圧源５０４を接続して、電圧源５０４からパルス（駆動信号）を入力し、電圧源５０４からの入力パルスに伴う過渡電流を、容量結合する他方の電極（ここでは、Ｘ電極２０１）経由で検出回路（５０５，５０６）において検出する。図５（ａ）に示すように、容量結合は、Ｘ電極、Ｙ電極間における電気力線５０１を形成する。
図５（ｂ）に示すように、指５０２がタッチパネル１０６に近づくと、電気力線５０１が遮断される。これにより過渡電流が減少する。
図５（ｃ）に示すように、指５０２等が近接したときに、検出回路（５０５，５０６）において検出される検出信号レベルは、図５（ａ）に示す接触前の検出信号レベル５０７から、図５（ｂ）に示す接触後の検出信号レベル５０８に変化する。検出信号レベル５０７と検出信号レベル５０８の差分が検出感度となる。
なお、図２ＢのＢに示すように、各Ｘ電極２０１で検出される検出信号は、複数のパルス列であるので、検出回路（５０５，５０６）は、複数のパルス列の検出信号を積算して、具体的には、積分回路で積分して、検出信号レベル５０７、および、検出信号レベル５０８の信号を検出する。

以下、タッチパネル内蔵表示装置において、対向電極（図４のＹ電極２０２）と、センサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）との間の静電容量が利用者の指の影響によって変化することを利用し高精度な座標検出を行う方式（ミューチュアル検出）について説明する。
図６は、タッチパネル内蔵表示装置におけるミューチュアル検出を説明する図である、
前述したように、タッチパネル内蔵表示装置には、対向電極（図４のＹ電極２０２）と、センサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）とが設けられる。
それらの電極間にはミューチュアル容量（相互容量）６０１が形成されている。ここでは、１本のセンサ用検出電極（Ｒｘ_ｎ；図４のＸ電極２０１）にのみ着目している。また、対向電極（図４のＹ電極２０２）は６本（Ｔｘ_１〜６）としている。
対向電極（図４のＹ電極２０２）は、対地容量６０１を有する。ここで、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の対地容量は、図４で説明した電極構造であるためほぼミューチュアル容量６０１となる。
タッチパネル制御部１０８には、各対向電極（図４のＹ電極２０２）に対し、Ｓ１、Ｓ２の一対のスイッチング素子を持つ電圧制御部が設けられているものとする。また、制御する電圧は、ここではＶｔｘｈとＶｔｘｌの２つの電圧レベルとしている。
更に、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）は、Ｓ３、Ｓ４の一対のスイッチング素子を介して、検出回路部に接続されている。なお、図６では、検出回路部は、積分回路で構成されている。また、図６では、積分回路の基準電圧の電圧レベルをＶｒｅｆ、積分回路の出力電圧の電圧レベルをＶｏとして示している。

以下、図６（ａ）に示す回路構成を前提に、ミューチュアル検出の制御を説明する。
ミューチュアル検出の基本動作は、リセット期間と検出期間とで構成される。この基本動作単位で繰り返し検出を行うとともに、順次、対象となる対向電極（図４のＹ電極２０２）を切り替えていく。図６では、対向電極（図４のＹ電極２０２）の中で、Ｔｘ_１の対向電極が対象となっている場合を示している。
リセット期間は、Ｔｘ_１の対向電極の電位をリセットする期間である。この期間では、スイッチング素子（Ｓ４）とスイッチング素子（Ｓ２）とが接続されるので、ミューチュアル容量６０１は、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電された状態にセットされる。なお、図６（ｂ）では、Ｖｔｘｌの電圧は０Ｖとして図示している。
次に、スイッチング素子（Ｓ４）と、スイッチング素子（Ｓ２）がともに開放状態となり、検出期間に移る。
検出期間では、はじめに、スイッチング素子（Ｓ３）が接続され、積分回路への入力が可能になる。この後、スイッチング素子（Ｓ１）が接続され、Ｔｘ_１の対向電極の電位が、Ｖｔｘｌの電圧から、Ｖｔｘｈの電圧に遷移する。この時、ミューチュアル容量６０１を介して電流が流れる。該電流は、積分回路で積分されるので、積分回路の出力電圧（Ｖｏ）が変化する。
更に、該電流はミューチュアル容量６０１の大きさに比例するため、指などの導体がある場合、その容量が低下するので電流も低下する。これにより、積分回路の出力電圧（Ｖｏ）も変化するため検出が可能である。
この後、スイッチング素子（Ｓ３）が開放され、積分回路が切り離された後、スイッチング素子（Ｓ４）が接続される。
その後、スイッチング素子（Ｓ２）が接続される。以降、この動作が繰り返される。

以下、タッチパネル内蔵表示装置において、センサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の対地容量が利用者の指の影響によって変化することを利用し、座標情報はないが測定対象の接近の有無を検出する方式（以下、セルフ検出という）について説明する。
図７は、タッチパネル内蔵表示装置における、本実施例のセルフ検出の制御を説明する図である。以下、図７（ａ）に示す回路構成を前提に、セルフ検出の制御を説明する。
セルフ検出期間は、リセット期間、充電期間、検出期間の各期間で構成される。ここで、スイッチング素子（Ｓ１）、スイッチング素子（Ｓ２）の制御は、全ての対向電極（図４のＹ電極２０２；Ｔｘ_１〜６）で同時に行われる。また、ここでは、１本のセンサ用検出電極（Ｒｘ_ｎ；図４のＸ電極２０１）にのみ着目している。
リセット期間においては、スイッチング素子（Ｓ２）とスイッチング素子（Ｓ４）とが接続され、ミューチュアル容量６０１がリセットされるので、ミューチュアル容量６０１は、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電された状態となる。これにより、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の電位は、Ｖｒｅｆの電圧となる。
次に、スイッチング素子（Ｓ２）と、スイッチング素子（Ｓ４）がともに開放となり、充電期間に移行する。この時、スイッチング素子（Ｓ３）と、スイッチング素子（Ｓ４）がともに開放状態となり、その後スイッチング素子（Ｓ１）が接続されて、全ての対向電極（Ｔｘ_１〜６）の電位がＶｔｘｈの電圧になる。
リセット期間に、ミューチュアル容量６０１は、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電されているため、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の電位は、この充電期間に（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ＋Ｖｔｘｈ）の電圧になる。なお、図７（ｂ）では、Ｖｔｘｌの電圧は０Ｖとして図示している。

Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の電位変化は、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の近傍に指などがある場合、その指とＲｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の間に形成される静電容量も同時に充電することになる。
充電期間後、検出期間に移る。この時、スイッチング素子（Ｓ１）と、スイッチング素子（Ｓ３）が接続され、スイッチング素子（Ｓ２）と、スイッチング素子（Ｓ４）が開放される。スイッチング素子（Ｓ３）が接続されると、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）と、全ての対向電極（Ｔｘ_１〜６）との間の容量、つまりミューチュアル容量６０１に充電された電荷と、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）と、指などとの間の静電容量に充電された電荷のうち、（Ｖｔｘｈ−Ｖｔｘｌ）の電位差に相当する分が積分回路に移動する。この電荷により積分回路の出力電圧（Ｖｏ）が変化する。
ここで、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）の近傍に指などが無い場合は、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）と指などとの間の静電容量に充電された電荷が存在しないため、積分回路に移動する電荷量は少なくなるので、積分回路の出力変化が小さくなる。
これにより、セルフ検出が可能になる。以降、この動作を繰り返す。

図８は、タッチパネル内蔵表示装置における、本実施例のセルフ検出の検出状態を説明する図である。
図８（ａ）は、図７で説明した検出期間において、指などの接近が無い場合を示している。Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）から読み出される電荷量は、ミューチュアル容量６０１など構造に起因するものに充電されている電荷（Ｑ１）である。
図８（ｂ）は、図７で説明した検出期間において、指などの接近がある場合を示している。Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）から読み出される電荷量は、ミューチュアル容量６０１など構造に起因するものに充電されている電荷（Ｑ１）と、Ｒｘ_ｎのセンサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）と指などとの間に充電されている電荷（Ｑ２）の合算値（Ｑ１＋Ｑ２）である。これにより、検出対象物体（例えば、指）の有り無しが、積分回路の出力電圧の電圧差で検出可能である。
なお、積分回路は、各センサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）毎に設けられるので、セルフ検出期間において、各センサ用検出電極（図４のＸ電極２０１）に設けられる積分回路からそれぞれ出力電圧（Ｖｏ）が出力される。
この場合、検出対象物体（例えば、指）の有り無しの判定は、複数の積分回路の中の１個の積分回路から出力される出力電圧（Ｖｏ）が所定の値以上の場合に、検出対象物体有りと判定してもよく、あるいは、複数の積分回路の中の過半数以上の積分回路から出力される出力電圧（Ｖｏ）が所定の値以上の場合に、検出対象物体有りと判定してもよく、または、全ての積分回路から出力される出力電圧（Ｖｏ）が所定の値以上の場合に、検出対象物体有りと判定してもよい。

以下、本発明の実施例のタッチパネル内蔵液晶表示装置のより具体的な構成について説明する。
図９は、本発明の実施例のタッチパネル内蔵液晶表示装置のより具体的な構成を示す斜視図である。同図に示す液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１と、駆動回路５と、フレキシブル基板７０と、フロントパネル４０と、収納ケース（図示せず）、バックライト（図示せず）とから構成される。
液晶表示パネル１は、ＴＦＴ基板２と、カラーフィルタ基板３とを有し、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板３とは所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材（図示せず）により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の内側に液晶組成物を封入、封止し、さらに、両基板の外側に偏光板を貼り付けて構成される。
ＴＦＴ基板２には、対向電極２１と、駆動回路５から対向電極２１に接続された対向電極信号線２２が設けられている。駆動回路５から対向電極信号が対向電極信号線２２を介して対向電極２１に伝えられる。カラーフィルタ基板３には検出電極３１（図４のＸ電極２０１）が設けられ、検出電極３１は接続部７７でフレキシブル基板７５と接続している。フレキシブル基板７５はフレキシブル基板７０とコネクタ８０で接続している。検出電極３１からの検出信号がフレキシブル基板７５、コネクタ８０、フレキシブル基板７０を介して駆動回路５に伝えられる。
なお、液晶表示パネル１は多数の画素をマトリクス状に備えた表示部を有している。対向電極２１は画素において画素電極と対向して配置されている。両電極間に電圧を印加することで液晶分子の配向が変化する。この液晶分子の配向の変化に伴い、光の透過率が変化することで画像が表示される。

次に、図１０を用いて、図９に示す液晶表示装置１００の対向電極２１と検出電極３１について説明する。
前述したように、対向電極２１はＴＦＴ基板２上に設けられているが、複数本の（例えば２０本程度）対向電極２１が両端で共通に接続され、対向電極信号線２２と接続されている。駆動回路５からは束状の対向電極２１に対向電極信号が供給される。
図９に示す液晶表示装置１００では、束状の対向電極２１が、図４に示すＹ電極２０２を兼用し、本発明の走査電極を構成する。また、検出電極３１が、図４のＸ電極２０１に該当し、本発明の検出電極を構成する。
したがって、対向電極信号には、画像表示に用いられる対向電圧と、タッチ位置の検出に用いられる駆動信号（図７の入力パルス電圧）とが含まれる。駆動信号が対向電極２１に印加されると、対向電極２１と一定の間隔を持って配置され容量を構成する検出電極３１に検出信号が生じる。この検出信号は検出電極用端子３６を介して外部に取り出される。
なお、検出電極３１の両側にはダミー電極３３が形成されている。検出電極３１は一方の端部でダミー電極３３側に向かい広がりＴ字状の検出電極用端子３６を形成している。また、ＴＦＴ基板２には対向電極信号線２２以外にも駆動回路用入力端子２５のような様々な配線、端子等が形成される。

図９に示す液晶表示装置１００における、表示部の断面の一部を拡大した概略断面図を図１１に示す。
図１１に示すようにＴＦＴ基板２には画素部２００が設けられており対向電極２１は画素の一部として画像表示に用いられる。また、ＴＦＴ基板２とカラーフィルタ基板３との間には液晶組成物４が狭持されている。カラーフィルタ基板３に設けられた検出電極３１とＴＦＴ基板に設けられた対向電極２１とは容量を形成しており、対向電極２１に駆動信号が印加されると検出電極３１の電圧が変化する。
この時、図１１に示すように、フロントパネル４０を介して指等の導電体が近接または接触すると、容量に変化が生じ検出電極３１に生じる電圧に、近接・接触が無い場合に比較して変化が生じる。
このように、液晶表示パネル１に形成した対向電極２１と検出電極３１との間に生じる容量の変化を検出することで、液晶表示パネル１にタッチパネルの機能を備えることが可能となる。
以上説明したように、本実施例では、タッチパネル内蔵表示装置において、ミューチュアル検出に用いる検出回路を、セルフ検出にも使用可能とし、制御ＩＣの小型化、低コスト化を実現することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１，１０１液晶表示パネル
２ＴＦＴ基板
３カラーフィルタ基板
４液晶組成物
５駆動回路
２１対向電極
２２対向電極信号線
２５駆動回路用入力端子
３１検出電極
３３ダミー電極
３６検出電極用端子
４０フロントパネル
７０，７５フレキシブル基板
７７接続部
８０コネクタ
１００液晶表示装置
１０３表示制御回路
１０５システム制御部
１０６，３０１タッチパネル
１０７配線
１０８タッチパネル制御部
１１０接着剤
２００画素部
２０１Ｘ電極
２０２Ｙ電極
２０３保護膜
２０４タッチパネル基板
２０５シールド電極
２１１第１基板
２１２第２基板
２１３下偏光板
２１４上偏光板
２１５液晶層
２１６シール材
５０１電気力線
５０２指
５０４電圧源
５０５，５０６検出回路

Claims

表示パネルと、
前記表示パネルに内蔵されるタッチパネルとを備える表示装置であって、
前記タッチパネルは、前記表示パネルに形成される複数の走査電極と、
前記表示パネルに形成され、前記複数の走査電極と交差する複数の検出電極と、
前記各走査電極に駆動信号を入力する駆動信号供給手段と、
前記各検出電極から検出信号を取得する検出手段と、
前記駆動信号供給手段から前記各走査電極に対して順次駆動信号が入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、検出対象物体のタッチ位置を検出するタッチ位置検出手段と、
前記駆動信号供給手段から前記全ての走査電極に対して一括して走査電圧を入力されたときに、前記各検出手段から検出される検出信号に基づき、前記検出対象物体が前記タッチパネルに接近したことを検出する接近検出手段とを有することを特徴とする表示装置。
前記駆動信号供給手段は、前記複数の走査電極の各々に、Ｖｔｘｈの駆動電圧を供給するスイッチング素子Ｓ１と、
前記複数の走査電極の各々に、Ｖｔｘｌ（Ｖｔｘｌ＜Ｖｔｘｈ）の駆動電圧を供給するスイッチング素子Ｓ２とを有し、
前記検出手段は、他方の端子にＶｒｅｆの基準電圧が入力される積分回路と、
前記各検出電極と、前記積分回路の一方の端子との間に接続されるスイッチング素子Ｓ３と、
前記各検出電極と、前記積分回路の他方の端子との間に接続されるスイッチング素子Ｓ４とを有し、
前記スイッチング素子Ｓ１と前記スイッチング素子Ｓ２とは、前記各走査電極毎に設けられ、
前記積分回路と、前記スイッチング素子Ｓ３と、前記スイッチング素子Ｓ４とは、前記各検出電極毎に設けられることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記検出対象物体のタッチ位置検出期間は、前記各走査電極毎に、リセット期間と検出期間とを有し、
前記駆動信号が入力される走査対象の走査電極における前記リセット期間に、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオフ、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオン、前記走査対象以外の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とをオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオンとなし、前記走査対象の走査電極と前記全ての検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電し、
前記検出期間に、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記走査対象の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記走査対象以外の走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２とをオフ、前記全ての前記スイッチング素子Ｓ３をオン、前記全ての前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記走査対象の走査電極と前記全ての検出電極との間の容量に流れる電流を、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路で積分し、
前記タッチ位置検出手段は、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路の出力電圧に基づき、前記検出対象物体のタッチ位置を検出することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記検出対象物体の接近検出期間は、リセット期間と、充電期間と、検出期間とを有し、
前記リセット期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオフ、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオン、前記全ての検出電極のスイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオンとなし、前記全ての走査電極と前記全ての検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ）の電圧に充電し、
前記充電期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記全ての走査電極と前記各検出電極との間の容量を、（Ｖｒｅｆ−Ｖｔｘｌ＋Ｖｔｘｈ）の電圧に充電し、
前記検出期間に、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ１をオン、前記全ての走査電極の前記スイッチング素子Ｓ２をオフ、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ３をオン、前記全ての検出電極の前記スイッチング素子Ｓ４をオフとなし、前記全ての走査電極と前記各検出電極との間の容量に流れる電流を、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路で積分し、
前記近接検出手段は、前記各検出電極毎に設けられる前記積分回路の出力電圧に基づき、前記検出対象物体が接近したことを検出することを特徴とする請求項２に記載の表示装置。
前記複数の走査電極と、前記複数の検出電極とは異なる面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記複数の走査電極および前記複数の検出電極の一方の電極は、前記表示パネルの観察者側の面に形成され、
前記複数の走査電極および前記複数の検出電極の他方の電極は、前記表示パネルの内部に形成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記表示パネルは、第１基板と、第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に挟持される液晶層とを有する液晶表示パネルであり、
前記第２基板は、観察者側に配置され、
前記複数の走査電極および前記複数の検出電極の一方の電極は、前記第２基板の前記液晶層と反対側の面に形成され、
前記複数の走査電極および前記複数の検出電極の他方の電極は、前記第１基板の前記液晶層側の面に形成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記複数の走査電極と、前記複数の検出電極とは、ストライプ状の電極であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の表示装置。